методы исследований, книга. Высшее профессиональное образование

• Название: Высшее профессиональное образование
• Анкор: методы исследований, книга.doc
• Дата: 03.12.2017
• Размер: 11.53 Mb.
• Имя файла: методы исследований, книга.doc
• Тип: Документы; #10635
• страница: 7 из 30

Второй класс задач. В основе решения задач этого класса лежит генетический аспект изучения ПТК, заключающийся в рассмот­рении смены разнокачественных ПТК во времени, обусловленной эволюционным развитием комплекса. Восстановление истории формирования и развития ПТК базируется на следах его предше­ствующих состояний, предыдущих этапов развития, которые со­храняются в отдельных компонентах комплекса (во флоре, в мор­фологическом строении почв, в поверхностных отложениях, в определенных формах рельефа), либо в существовании целых комп­лексов-реликтов (более мелких, чем изучаемый, входящих в его состав), либо, наконец, в их пространственном размещении (со­лонцовые луга не в понижениях рельефа, а на приподнятых участ­ках; выровненные поверхности с ерниковой тундрой не ниже древ­них каров, а над их стенками и т.д.), т.е. в их вертикальной или горизонтальной структуре.

В связи с тем, что эволюционные смены происходят постепен­но, под действием процессов большой продолжительности, а ре­зультаты развития фиксируются в современной пространственной структуре комплексов, сбор фактического материала для решения задач второго класса производится путем экспедиционных иссле­дований.

58

По ходу маршрута фиксируются визуально наблюдаемые следы предыдущих состояний и определяются участки или комплексы, наиболее информативные для восстановления истории развития тех комплексов, в пределах которых закладываются ключевые участ-I ки для детального изучения и отбора образцов. Объектами наибо­лее пристального внимания исследователя являются при этом тор­фяники и погребенные почвы, так как по сохранившимся в них спорам и пыльце растений может быть достаточно полно восста­новлена природная обстановка периода их формирования.

Богатый материал для восстановления смен ПТК во времени дает изучение ныне существующих комплексов, находящихся на разных стадиях развития.

Сбор фактического материала для решения задач первого и вто­рого классов может производиться в ходе одного и того же экспе­диционного исследования, но при этом нельзя упускать из вида, что аспект исследования накладывает отпечаток и на сбор полевых материалов. Иногда требуется изучение дополнительных ключевых участков, на которых, кстати, собирается основная масса матери­ала, и прежде всего образцов с использованием методов частных географических, а также смежных наук. В других случаях расширя­ется круг наблюдаемых явлений либо возрастает детальность изу­чения определенного компонента или комплекса.

Лабораторный анализ собранных в поле образцов и дальнейшая интерпретация полученных результатов позволяют раскрыть палео­географическую историю территории исследования в целом. Для того же, чтобы проследить историю определенных ПТК, необходимо па­леогеографические материалы дополнить ретроспективным анали­зом современной структуры изучаемых комплексов (В. А. Николаев, 1979). Таким образом, генетический аспект изучения ПТК ориен­тирован на восстановление особенностей их формирования и раз­вития, на установление возрастных стадий комплексов, на объяс­нение их современного состояния, но в то же время позволяет сделать и предположение о перспективах развития комплексов. Од­нако для более точного предсказания будущего развития ПТК ге­нетический подход должен сочетаться с функциональным, направ­ленным на изучение современных процессов, протекающих в ПТК, их функционирования и динамических изменений.

Третий класс задач. В основе решения задач этого класса лежит функциональный аспект изучения ПТК. Он позволяет глубже про­никнуть в сущность взаимосвязей и взаимодействий в комплексе. Решение задач данного класса получило развитие лишь с 60-х гг. XX столетия, когда появился ряд комплексных физико-географи­ческих стационаров. Это связано с тем, что изучение функциони­рования комплексов и динамических циклов краткой продолжи­тельности требует регулярных наблюдений, обеспечить которые возможно лишь в условиях стационаров.

59

Некоторый материал для изучения современных природных процессов исследователь может, конечно, собрать и в экспедици­онных условиях. Например, при маршрутных исследованиях могут быть зафиксированы некоторые следы стихийных явлений: про­хождения лавин (по наличию сломанных и вывернутых с корнем деревьев, ориентированных вниз по простиранию склона) или селей (по наличию конуса выноса грязекаменного потока), появ­ления новых оползней (по свежим стенкам отрыва), усиления ли­нейной эрозии после ливня или весеннего снеготаяния (по нали­чию свежих эрозионных форм, обвалов в верховьях оврагов или на их склонах) и т.д.

На ключевых участках могут быть поставлены более или менее продолжительные микроклиматические наблюдения, а также на­блюдения над процессами стока. На фиксированных геохимиче­ских профилях можно отобрать образцы в установленной повтор-ности для изучения биогенной и водной миграции химических элементов. Однако все эти эпизодические наблюдения не дают воз­можности познать функционирование ПТК, а также медленно протекающие процессы средней и большой продолжительности, обусловленные воздействием внешних факторов.

Чтобы проследить нормальное функционирование ПТК, не вызывающее заметных изменений, нужны длительные регулярные наблюдения. Чем больше длительность периода наблюдений, тем надежнее и достовернее получаемые выводы. Поэтому наблюдения ведутся на постоянных специально выбранных точках в пределах определенных комплексов.

Сбор и обработка материалов стационарных наблюдений очень трудоемкий процесс, поэтому число точек наблюдения на любом стационаре ограничено и очень важно их рациональное размеще­ние. Чтобы экстраполировать полученные результаты, нужно хо­рошо знать, какие ПТК они характеризуют и на какой стадии развития эти ПТК находятся. Это значит, что предварительно долж­но быть проведено выделение и систематизация ПТК, составлена ландшафтная карта территории стационара и прилегающего райо­на, а также установлены возрастные стадии изучаемых комплек­сов, т. е. решены задачи первого и второго классов.

Основной метод изучения функционирования и динамики ПТК — метод комплексной ординации, разработанный сотрудника­ми Института географии Сибири и Дальнего Востока (В. Б. Сочава и др., 1967), позволяющий количественно характеризовать взаимо­связи между отдельными компонентами внутри ПТК и между раз­личными комплексами, изучать пространственные и временные изменения различных природных процессов.

Накапливаемые массовые данные обрабатываются и систе­матизируются при помощи статистических методов и метода ба­лансов.

60

Детальное изучение функционирования и динамики ПТК по-I зволяет познать сущность комплексов и дать надежный прогноз их \ дальнейшего развития.

Таким образом, последовательное рассмотрение различных ас-\ пектов ландшафтной структуры природных комплексов дает воз-[ можность постепенно углубляться в познание сущности ПТК: от \ описания современных свойств и пространственного размещения iкомплексов через познание путей их становления к выявлению и количественной характеристике связей и взаимодействия (объяс­нению), а далее к функционированию комплексов и предсказа­нию путей их дальнейшего развития. Так осуществляется тщатель­ное и всестороннее изучение комплексов, являющееся надежной основой для оптимального их использования человеком.

Пути использования предполагают постановку конкретных при­кладных исследований четвертого класса задач.

Далее в пособии более или менее подробно освещаются методы i решения первого, третьего и четвертого классов задач. Изучение становления ПТК (второй класс задач), несмотря на всю важность этой проблемы, здесь почти не затрагивается. Дело в том, что пред­ставление о генезисе ПТК, его возникновении и становлении в значительной мере базируется на геолого-геоморфологических, палеогеографических, палеоботанических, палеофаунистических, археологических и тому подобных материалах. В процессе же поле­вых экспедиционных исследований сведения о генезисе могут лишь несколько пополняться, например, по наблюдениям за реликто­выми элементами ПТК, проливающими свет на их происхожде-1 ние. Кроме того, исследования, специально направленные на ре-I шение задач второго класса, требуют привлечения весьма специ­фичных методов палеогеографического анализа, дать которые в [ кратком курсе оказывается затруднительным, а число исследова-[ телей, занимающихся их решением, не столь велико. Большинство | физико-географов решает задачи остальных трех классов, которые мы и рассматриваем.

2.5. Ландшафтно-геохимический подход к изучению природных территориальных комплексов

Зарождение геохимии ландшафта. Геохимия ландшафта так же, как и геофизика ландшафта, имеет корни, уходящие вглубь ве­ков, но как самостоятельная наука геохимия ландшафта сфор­мировалась только в 30—40-х гг. XX в. Химия -» геохимия -» гео­химия ландшафта — таков путь становления геохимии ландшафта. Из отечественных ученых выдающаяся роль в становлении гео­химии принадлежит В.И.Вернадскому (1863— 1945) и его ученику А.Е.Ферсману (1883—1945).

61

Первым, заложившим основы новой науки геохимии ландшаф­та, был Б. Б. Полынов. Вторым выдающимся классиком геохимии ландшафта бесспорно называют А. И. Перельмана, впервые про­читавшего курс «Геохимия ландшафта» на географическом факуль­тете МГУ в 1951 г., а в 1955 г. опубликовавшего монографию «Очерки геохимии ландшафта». Им было создано много книг, в том числе учебников по геохимии и геохимии ландшафта и подготовлено много учеников.

В 60 —70-е гг. XX в. геохимия ландшафтов активно развивалась, особенно в области поисков полезных ископаемых. Начатые М. А. Глазовской экспедиционные исследования поисков руд мед­ного колчедана в Уральских горах с применением ландшафтно-геохимического метода показали большую эффективность ланд­шафтного подхода. В скором времени ландшафтно-геохимические методы стали рабочими в геолого-разведочных партиях. Затем они начали применяться в медико-географических исследованиях, а в настоящее время и еще шире — в решении проблемы охраны окружающей среды.

На 60-е гг. XX в. приходится наиболее активная работа ланд­шафтных стационаров Сибирского отделения АН СССР. Ланд­шафтно-геохимические методы наряду с ландшафтно-геофизиче-скими стали на стационарах основными методами изучения ПТК на локальном уровне. Некоторые методы даже являются общими как для геохимии, так и для геофизики ландшафта. Например, методы изучения баланса биомассы, описанные в разделе 2.6, где в таблицах приведены данные о запасах и продуктивности фито-массы плакорных сообществ различных зон и подзон и о биогео­химическом круговороте, вполне применимы как для ландшафт-но-геофизических, так и для ландшафтно-геохимических характе­ристик ПТК. Совместное использование методов геофизики и гео­химии ландшафта наряду с традиционными методами ландшафт­ного картографирования и профилирования делает возможным все­стороннее изучение ПТК, их структуры, функционирования, пря­мых и обратных связей с другими природными комплексами или антропогенными объектами.

Основные понятия. В геохимии ландшафта используется своя терминологическая система. Понятие элементарный ландшафт у геохимиков примерно соответствует фации у ландшафтоведов. Фа­ции, сменяющие друг друга от местного водораздела к местной депрессии, связанные между собой миграцией веществ, представ­ляют собой геохимически сопряженный ряд — звено (М. А. Глазов-ская, 1964, 2002), или катену.

Части звеньев, приуроченные к разным элементам форм мезо­рельефа (вершинным поверхностям холмов, склонам, депресси­ям), соответствуют подурочищам. Для урочищ и местностей, при­нятых в ландшафтоведении, в геохимии ландшафтов нет анало-

62

гов, но сам термин местность, местный геохимический ландшафт употреблялся для обозначения большей или меньшей территории, на которой наблюдается закономерное повторение определенных ландшафтных звеньев (катен). В современной литературе — это просто геохимические ландшафты (И. П. Гаврилова, 1985), среди которых различают простые и сложные. Простые состоят из оди­наковых звеньев и возникают в условиях однородного состава по­род и простого расчленения рельефа. Сложные состоят из разных звеньев и формируются на разных породах или (и) при сильном расчленении рельефа.

В процессе ландшафтно-геохимических исследований исполь­зуется много различных показателей, которые можно разделить на две группы. Первая группа — кларки и местные кларки. Это пока­затели абсолютного содержания химических элементов в ланд­шафтах, их компонентах, ярусах и отдельных элементах. Вторая группа — различные геохимические коэффициенты, выражающие относительное распределение элементов в изучаемых объектах в це­лях их сопоставления друг с другом.

Кларки элементов — числа, выражающие среднее содержание хи­мических элементов в земной коре, гидросфере, Земле в целом, косми­ческих телах и других геохимических или космохимических системах (БСЭ, изд. 3-е, т. 12. — С. 265). Различают кларки весовые (в %, г/т : или г/г) и атомные (в % от числа атомов).

Местные кларки — это мера распространения химических элемен­тов в различных ярусах, компонентах и отдельных элементах ланд­шафтов, например в почвах, их горизонтах и отдельных включе­ниях и новообразованиях; в коре выветривания, в подстилающих породах, в руде и отдельных минералах; в растениях и их видах или даже частях (зеленая масса, корни, древесина, кора); в водах; в донных отложениях и т. п. Местные кларки широко используются для расчета второй группы геохимических показателей.

Довольно широкое применение получили кларки концентрации и рассеяния (КК, или К_к). Кларк концентрации, по В. И. Вернадско­му (1937), означает отношение содержания химического элемента в конкретном природном объекте к кларку литосферы. Он характери­зует степень концентрации элемента в геохимической системе и выражается формулой



где /с, — содержание элемента в изучаемом природном теле; К, — кларк этого элемента в литосфере.

А. И. Перельман в 1975 г. предложил для общего удобства опера­ций с аналитическими данными и наглядности графических по­строений новый показатель — кларк рассеяния (КР), по смыслу обратный кларку концентрации. Кларк рассеяния означает отноше-

63








ние кларка элемента в литосфере к его содержанию в природном объек­те. Он характеризует степень рассеяния элемента в геохимической системе при КК< 1. Вычисляется он по формуле

К числу основных понятий относится и сопряженный анализ. Б. Б. Полынов (1956) называл его ведущим методом ландшафтно-геохимических исследований.

Сопряженный анализ — это специфический метод исследования в геохимии ландшафта, заключающийся в одновременном изучении хи­мического состава всех компонентов ландшафта (горных пород, коры выветривания, поверхностных и подземных вод, почв, растительности) и в последующем сравнении полученных результатов между собой как в пределах одного элементарного ландшафта, так и смежных с ним.

М.А.Глазовская (1964, 2002) считает, что это определение вклю­чает два взаимосвязанных аспекта в комплексных физико-гео­графических исследованиях: 1) сопряженный анализ гомогенного ПТК — фации, при котором основное внимание уделяется изу­чению радиальной миграции по вертикальному профилю ПТК; 2) сопоставление вертикальных геохимических профилей фации, образующих сопряженные ряды в пространственной структуре бо­лее сложного гетерогенного ПТК, т.е. изучение латеральной (или, весьма условно, горизонтальной) миграции от автономных ПТК к подчиненным.

Под радиальной (или вертикальной) миграцией подразумева­ется перемещение веществ от земной поверхности в глубь почвен­ного профиля и далее. Латеральной (горизонтальной или боковой) миграцией называют два разных процесса: 1) перемещение {чаще всего сток) веществ по земной поверхности из одного ПТК в дру­гой, что может происходить гораздо быстрее вертикального про­сачивания; 2) диффузное движение капиллярных и пленочных вод в почвах, которое намного медленнее радиальной миграции. Во избежание путаницы следует каждый раз оговаривать, о какой латеральной миграции идет речь.

В.В.Добровольский (1989) обращает внимание на принципи­ально различный характер геохимических сопряжений в условиях мезо- и микрорельефа (рис. 9). Если в первом случае ярко выражена односторонняя направленность миграционных потоков, то во вто­ром — направленность двусторонняя. Химические элементы, ми­грирующие с поверхностным стоком в западины, вмываются с фильтрующимися водами и частично обогащают почву. Вместе с тем быстрое иссушение микроповышений вызывает энергичное подтягивание вод по капиллярам. При этом почвенные воды мик­розападин поступают в почвы микроповышений и, в свою оче-

64

редь, приносят определенные химические соединения. Мы можем констатировать, что в первом случае четко выделяются автоном­ные и подчиненные природные комплексы, а во втором такого полного соподчинения нет.

Сопряженный анализ выявляет характерные для элементарных ПТК химические элементы и позволяет проследить их миграцию внутри комплекса (радиальную) и от одного комплекса к другому (латеральную). С его помощью можно получить различные коэф­фициенты, в том числе наиболее важные — водной миграции и биологического поглощения. Повторные исследования одних и тех же ПТК в полустационарных или стационарных условиях позволя-^: ют выявить тенденцию изменения ПТК во времени.

Зоной выщелачивания в геохимии ландшафтов называют преиму­щественно ту часть вертикального профиля элементарного ланд­шафта (фации), в которой под влиянием атмосферных осадков происходит перемещение вещества от поверхности вниз по про­филю. (Строго говоря, этот термин употребляется и в другом смысле: как вынос вещества на значительных по размерам и сложности строения территориях от поверхности Земли, через всю кору вы­ветривания, до коренных пород.)

В качестве примера, обычного в геохимии ландшафтов понима­ния этого термина, можно привести характерный автономный почвенный профиль дерново-подзолистой почвы гумидных облас­тей, где зоной выщелачивания является подзолистый горизонт, и противоположный пример — гидроморфный почвенный профиль аридных областей, где зона выщелачивания практически отсут­ствует (рис. 10). На рисунке слева изображен профиль дерново-под­золистой почвы, сформировавшейся в условиях пермацидного (про­мывного) режима. Здесь труднорастворимые элементы (например, Si и Fe) перемещаются из горизонта А₂ в нижележащий горизонт В, более растворимые (Са) — за пределы почвенного профиля, в

3 Жучкова ^^








почвообразующую породу (горизонт С) и, наконец, легко раство­римые (Na) — выносятся еще глубже. Таким образом, под зоной выщелачивания здесь подразумевается почвенный горизонт, где процесс выщелачивания наблюдается весьма активно, образуя ха­рактерный горизонт, сильно обедненный химическими вещества­ми, в то время как сам процесс в более ослабленной форме про­должается и далее в глубь почвенного профиля и за его пределами.

Справа на рисунке 10 показано, как при близком залегании грунтовых вод в условиях непромывного (импермацидного) режима аридного климата процессы выщелачивания солей ослаблены нисходящим движением вод, в то время как активно проявляется процесс аккумуляции веществ под действием капиллярного под­нятия влаги. Это приводит к отложению наиболее растворимых солей (Na₂SO₄) на поверхности почвы или вблизи нее, ниже отлагаются менее растворимые соли (CaSO₄) и еще ниже — еще менее раство­римые соли (СаСО₃).

В действительности, в разных фациях процесс выщелачивания может сильно осложняться сезонными колебаниями погодных усло­вий, развитием сезонной мерзлоты, резким колебанием уровня грунтовых вод, появлением и исчезновением верховодки. Все это накладывает отпечаток на условия почвообразования и миграцию химических элементов и оставляет свои следы в вертикальном про­филе фаций. При внимательном изучении этих следов можно уло-

66

вить сезонную динамику направленности и интенсивности гео­химических процессов (М.А. Глазовская, 1964, 2002).